在向量向量中搜索和计算对象对的最佳数据结构

Question

我已经定义了class element和class node 。

类元素

class element
{
    int id;
    std::vector<node> m_nodes;   // An element consist of 4 nodes.
    public:
    getnode(int)    // return n-th node;       
}

类节点

class node
{
    int id;
    // other members
}

class model由整个node和element对象组成。 class element对象由四个node对象的向量组成。 一对两个连续（相邻）的node对象称为面。

例：
elem1：{1,2,3,4}
elem2：{3,5,6,4}
elem1和elem2是两个element对象，数组中的整数表示四个节点对象的id。
1-2、2-3、3-4和4-1是elem1的面孔。 3-5、5-6、6-4和4-3是elem2的面孔。 面3-4和面4-3是相同的，因此由两个元素共享 。

边界元素是由至少一个面组成的元素，其他元素不共享。 在上面的示例中，elem1和elem2都是边界元素。 边界元素的向量也在模型类中定义。

类模型

class model    
{    
    std::vector<node> m_nodes;
    std::vector<element>m_elements;
    std::vector<element>m_boundary;

    public:
    void set_boundary_elements();
}

问题：如何初始化边界元素的向量
这是set_boundary_elements（）函数的伪代码。

void model::set_boundary_elements()
{
     std::vector <std::pair<std::set<int> , int >> faces;
     std::set<int> s;
     for(auto iter::m_elements)
     {
         //initialise  face.
         for(int i=1; i<5; ++i)
         {
             if(i != 4)
              {
                  s.insert(iter.getnode(i));
                  s.insert(iter.getnode(i+1));
              }
              else 
              {
                  s.insert(iter.getnode(4));s.insert(iter.getnode(1));   
              }
              for(auto it: faces)
              {
                  if(s== it.first)
                       (it.second)++; break;
              }
              faces.push_back(s,1);
         }
         //then push_back the elements which have nonshared faces, into m_boundary.
     }
}             

我认为我的算法效率低下，因为每次必须迭代所有面孔时都要添加面孔。 在stl /算法中有什么有用的方法可以有效地解决我的问题吗？

Answer 1

如对您的帖子的评论中所述，将std :: array用于静态大小的向量，并在for循环中使用const引用，这将避免复制并有助于优化：

 for (const auto &iter: m_elements)

和

 for(auto &it: faces)

如果您有很多元素（> 50），我想您还应该将用于面部的容器从std :: vector更改为std :: map ，这样：

          for(auto it: faces)
          {
              if(s== it.first)
                   (it.second)++; break;
          }
          faces.push_back(s,1);

会变成：

         auto &it = faces.find(s);
         if (it != faces.end())
             it.second++;
         else
             faces.insert(std::make_pair(s, 1));

Answer 2

重新考虑您的设计。 当前，元素并不真正共享节点。 应该共享一个节点的两个元素只是简单地每个都存储恰好具有相同id的一组不同的数据。 这意味着，如果某项更改一个节点，则系统可能会不一致。

这是我的建议（假设您可以轻松地填写这些内容，那么就不需要构造函数，getter，setters等）：

class Model {

    class Node;
    class Element;

private:

    vector<Node> nodes;
    vector<Element> elements;

}

class Model::Element {
private:
    Element(); //only to be created by Model
    vector<unsigned int> incident_nodes;
}

class Model::Node {
private:
    Node(); //only to be created by Model
    vector<unsigned int> incident_elements;
}

请注意，Node和Element都存储事件项，它们使用在Model中向量中引用其ID的整数进行存储。 模型负责创建和修改节点和元素，而此类方法将负责使数据保持一致。 Element或Node上的所有公共方法都是常量。

这样就为您提供了一个稳定的系统，该系统具有双向引用。 如果您想知道元素是否在边界上，则代码为

//returns all entries that are in both vectors
inline vector<unsigned int> intersection(const vector<unsigned int>& vector_a,
    const vector<unsigned int>& vector_b);

typedef vector<unsigned int> Face; //defined in model, a pair of node ids

//number = 0..3, returns the corresponding face
Model::Face Model::get_face(const unsigned int element_id,
    const unsigned int number);

vector<unsigned int> Model::incident_elements(const Face& face){
    return intersection(nodes[face[0]].incident_elements,
        nodes[face[1]].incident_elements);
}

bool Model::is_boundary(const unsigned int element_id){

    //check if it has a face that is boundary
    for (unsigned int i=0; i<4;i++){
        Face face = get_face(element_id, i); 
        if(incident_elements(face).size() == 1){
            return true;
        }
    }
    return false;
}

（所有引用的方法和函数应该是不言自明的，Face可以转换为struct或类，也许可以使用Face :: incident_elements {return cross（...）;}方法转换，尤其是如果您想在人脸，但由于Face对象可以轻松提取，因此可能是临时的）

尽管当然每个节点都需要存储事件元素向量，但这需要更多的内存，这种方式可以使您进行清理操作。 但我怀疑您是否可以在没有这种情况的情况下有效地工作，尤其是因为我认为您将需要执行更多此类操作。

可以用某种静态大小替换Node和Element中的向量，但是我认为这没什么大不了的，特别是因为它们只能在Model中访问。

该体系结构的缺点是删除效率低下（更改所有ID存储）或在内存中留下漏洞（尽管如果存储了未使用的ID列表，则还算不错）